二维地震勘探在大庆长垣南端砂岩型铀矿勘查中的应用

梁建刚，杨为民，孙大鹏，匡海阳

(1.中国地质调查局 天津地质调查中心，天津 300170； 2.中国地质调查局 铀等能源地质重点实验室，天津 300170； 3.山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044000)

0 引言

砂岩型铀矿床为外生后成铀矿床，主要产于陆块(地台)或中间地块上的大中型自流盆地以及造山带山间盆地的陆相、海陆交互相沉积岩中，其中以河流相和三角洲相沉积最为重要。产铀砂岩的时代主要是中新生代，少数为中元古代和新古生代。

随着成矿理论认识的不断深入及低成本地浸开采技术的引进，砂岩铀矿床已成为世界上最重要的铀矿床类型之一，并被许多国家当做找矿目标的首选类型。拥有特大砂岩型铀矿床的国家有：哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯、美国、中国、尼日尔、加蓬和捷克等。

当前，我国铀矿勘探的主攻方向是北方中新生代沉积盆地，找矿主要类型为可地浸砂岩型[1-4]，同其他矿种一样，砂岩型铀矿勘查工作需要地质、矿产、地球物理、水文等多学科共同攻关，其中地球物理勘查是相当重要的工作手段。

砂岩型铀矿品位一般为千分之几，埋藏深度介于几十米到几百米之间，以磁性差异为前提的磁法勘探和以密度差异为前提的重力勘探只能用于地质格架控制及基底起伏、隐形断层等地下构造。

本次工作区内地表盐碱化，浅层泰康组、明水组的多层含水层的低阻屏蔽作用，传统电法对划分几米到十几米的砂层空间分辨能力严重不足。铀矿储矿层埋深几十米到几百米，传统的放射性地球物理方法往往不能有效地应用于勘查砂岩型铀矿，γ能谱数据也仅能识别沉积盆地的浅部断裂，圈定铀矿化的范围并估算蚀源区铀的淋失量等[5-8]。

而地震勘探在划分地层、岩性、岩相、古河道以及砂体和断裂构造识别方面效果明显。在地震剖面上，反射波出现突变和错乱是断裂构造最明显的特征，古河道在地震剖面上表现为河谷位置下凹，两侧振幅增强。同时地震对砂泥分辨能力突出，砂岩相对泥岩通常表现为强波阻抗，对于沉积韵律较好的地层，在地震剖面上表现为纵向上不连续，甚至能直接从地震剖面上看出砂泥互层现象。因此利用反射地震勘探分析沉积相、沉积体系，圈定有利砂体并为下一步砂岩型铀矿勘探提供依据是可行的[9-14]。

1 区域地质、地球物理特征

1.1 区域地质

松辽盆地位于中国东北部，是由大小兴安岭、长白山环绕的一个大型沉积盆地，盆地跨越黑龙江、吉林、辽宁三省，面积约26万km2。构造上，松辽盆地是在天山—内蒙—兴安古生代地槽褶皱系基础上发育起来的一个中新生代内陆断坳陷盆地，其基底为古生代和前古生代变质岩系，发育以NNE和NWW向为主的深大断裂系，控制着全区的构造与沉积；沉积盖层主要由侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系组成，各层断裂继承或严格受深部或基底构造控制，以正断层的广泛发育为特征。

松辽盆地根据其岩性构造、断裂特征、区域地层分布、层序等，划分出西部斜坡区、中央坳陷区、北部倾没区、东北隆起区、东南隆起区和西南隆起区共6个构造分区(图1)。

图1 松辽盆地北部构造单元区划图(据文献[3]改编)Fig.1 Structural unit zoning map of northern Songliao Basin(adapted from reference[3])

松辽盆地是一个以渗入型为主的自流水盆地，盆地周边含铀花岗岩系为区域含矿提供物源；盆地内沉积时间长、厚度大、构造相对稳定，油气保存较完好，地层富含有机质碎屑，形成层间氧化带十分有利；西斜坡、大庆长垣、朝长等斜坡及天窗构造，具有良好的构造条件；盆地冲泛平原相、河湖交互相带发育，嫩江组和青山口组发育区域性分布的大套泥岩，可作为隔水层，泥—砂—泥体系配置较好，形成良好的存储条件。

综上所述，生、储、运、盖条件具备，找矿潜力巨大。根据钻探结果，工作区主要含矿层为四方台底部砂层。

1.2 地球物理特征

根据已有钻孔编录及测井成果，本区砂岩型铀矿主要岩性为粉细砂—粗砂，单层厚度6～21 m，其间内部泥岩隔层厚度6～14 m。砂岩声波时差429 μs/m，换算成速度为2 330 m/s；隔层泥岩声波时差632 μs/m，换算成速度为1 580 m/s；砂、泥岩速度差750 m/s(32%)，差异明显。在密度相差不大的情况下，砂、泥岩界面具有较大的波阻抗差异，是本区应用地震方法开展储层分析的地球物理基础。

根据大庆油田以往二维、三维地震资料，工作区含矿层及其他层位地震波形(编号沿用大庆油田习惯)特征如下：

T03反射层为四方台组底面反射，一般为中振幅弱连续反射，局部为弱振幅或复合波，视频率一般45～50 Hz，反射时间150～550 ms之间，为本次铀矿勘查的含矿目的层。

T06反射层为嫩江组二段顶面反射，一般为中强振幅连续反射，局部为弱振幅或复合波，视频率一般45～50 Hz，反射时间500～1 050 ms之间，亦为本次地震勘探的主要目的层之一。

T1反射层为姚家组顶面反射：该反射波全区稳定，特征明显，视频率一般45 Hz。反射时间720～1 300 ms之间。

T1-1反射层为青山口组顶面反射。全区稳定，特征明显，中强振幅连续反射，视频率一般为45 Hz，反射时间在800～1 400 ms之间。

T2反射层为泉头组顶面反射，中强振幅连续反射：其上是一中强振幅高频波，其下是两个复波。T2反射波的这种关系全区较稳定，反射时间在1 050～1 850 ms之间。

综上所述，本区地震地质条件良好。

2 地震勘探效果

为进一步细化大庆长垣南端含铀岩系构造格架特征，摸清工作区内T06以上地层结构及空间展布情况，并重点查明T03界面分布特征及四方台组砂体分布特征，项目部在重点找矿靶区布设了二维地震工作剖面10条，合计满覆盖长度134 km。二维地震野外采集参数为：可控震源中间激发，两边各80道接收，道间距10 m、炮点距20 m、覆盖次数40次，采样间隔0.5 ms、记录长度2 s，检波器频率60 Hz。

2.1 结合测井曲线统一工作区内层位划分标志

根据地震成果并结合已有钻探资料，厘定了工作区内地层划分和构造格架特征，由老至新共划分了泉头组顶面(T2反射层)、青山口组顶面(T1-1反射层)、姚家组顶面(T1反射层)、嫩江组二段顶面(T06反射层)、四方台组底面(T03反射层)、明水组(表1、图2)。

表1 地层分界面地震波场及测井曲线特征

图2 D1线地层标定图Fig.2 Stratum calibration map of line D1

2.2 四方台组结构及空间展布

对本次地震主要目的层四方台组的分布进行了详细刻画，由图3可见，四方台底板反射波T03时间变化范围为100～700 ms，整体南西部T0时间大，东南部、中部较小，中部有宽缓褶皱变化。

由图可见，四方台组底界面反射波T03时间变化范围为100～700 ms，西部T0时间大，东南部、中部较小。

图3 T03层反射波T0时间等值线平面Fig.3 T0 contour map of reflection wave in layer T03

通过时深转换，编制完成T03层反射波底板等高线构造图，见图4，其中等值线距为20 m。

由图初步分析可见，T03层深度的起伏变化及展布特征与其时间构造基本一致，中部发育较宽缓的褶曲和鼻状构造。整体表现为西翼陡东翼缓的背斜构造，西翼倾角较大，约5°～7°，东翼倾角较小，约1°～2°；工区东南部表现为南高北低的单斜构造，倾角较小，约1°～2°。

图4 T03层反射波底板等高线构造Fig.4 Floor contour structure of reflection wave in layer T03

2.3 四方台组砂体的地震波场识别标志

在地震资料解释中，圈定砂体的主要依据有：砂岩与泥岩具有明显波阻抗差异，在地震剖面上有较强振幅的反射波组出现；砂体在空间上分布有限，不具有区域性连续地震反射；在两端表现为逐渐变薄尖灭，中间有穿插现象；振幅强弱变化与砂岩的成分、粒度、胶结程度等因素密切相关(图5)。通常，河床砂体的反射振幅、频率、相位、连续性等特征不稳定；滨浅湖相沉积砂体的地震特征参数相对稳定；深湖相沉积砂体为强振幅、相位清晰、连续性好、特征稳定，以席状地震相为主。

2.4 推断古河道

基于河道砂体在地震剖面上表现出来的下切等特征(图6)，将相邻测线上的砂体按下切深度分类，并将相同类别的砂体连接起来推断为古河道(图7)。由于测线最小间距(D0线与D8线)为1.6 km，河道可能在此距离内摆动多次，因此测线间的河道展布特征有待三维地震资料进一步验证。

图5 D0线四方台组砂体地震波组特征Fig.5 Seismic wave group characteristics of sand body in Sifangtai formation of D0 line

图6 古河道在地震剖面上表现的下切特征(蓝色虚线框部分)Fig.6 Undercutting characteristics of ancient river channel on seismic profile(blue dotted part)

图7 河道砂体剖面异常特征(红色一类异常，粉色二类异常) Fig.7 Abnormal characteristics of channel sand body profile(red type I,pink type II)

3 结论

针对砂岩型铀矿这一沉积型矿床，尤其是在工作区表层盐渍化，浅层含水层较多，电法效果不好的情况下，地震勘探可利用泥岩、砂岩界面的波阻抗差异查明砂体展布，是一种寻找储层行之有效的方法。

结合适量的钻孔编录、测井资料，利用地震资料可以实现工作区层位统一对比、砂体勾勒，建立等时格架，并进一步推断古河道，精细掌握工作区流体运移形态。

在上述成果的基础上，判断是否含矿还需要全区成矿模型的建立作为支撑，还需要进一步研究含矿与不含矿钻孔测井曲线信息对比，将测井曲线的含矿信息转化为地震波场特征，尝试利用γ曲线重构波阻抗。